Nature Commun. | 植物转录起始的表观遗传调控，全基因组范围研究

来源：BioArt植物

表观遗传指的是在不改变DNA序列的前提下，引起可遗传的基因表达或细胞表型变化的现象，是对经典的孟德尔遗传学的发展和补充，自从上世纪八十年代兴起后，研究逐渐深入和广泛。目前发现的分子机制主要有两类，一类是基因选择转录表达调控，包括DNA甲基化、基因印记、组蛋白共价修饰和染色质重塑等；另一类为基因转录后调控，如基因组中的非编码RNA、微小RNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。

由于动植物习性的不同，植物在适应环境的表观遗传学机制更加灵活，其中RNA介导的DNA甲基化通路在拟南芥中已被发现，多个重要的甲基化酶也被鉴定出来【1】。尤其当转座子靠近转录位点时，表观遗传修饰影响转座子的功能就可能调控响应基因的表达。

新技术的发展促进了对转录起始水平的研究，包括oligo-capping方法和cap analysis of gene expression (CAGE) 方法【2】，哺乳动物中的研究已经揭示了表观遗传修饰对转录起始水平的影响，在植物基因组中，大规模分析已经发现众多的转录起始位点（transcription start sites, TSSs），然而这些位点是如何被表观遗传调控的还没有深入研究。

近日，日本冲绳科学技术研究所植物表观遗传学组的科研人员在NATURE COMMUNICATIONS上发表一篇题为Epigenetic regulation of spurious transcription initiation in Arabidopsis的研究论文，首次系统研究了模式植物拟南芥中表观遗传学调控对转录起始功能的影响。

该研究首先运用CAGE-seq技术分析发现了表观遗传调控缺陷植物材料中的众多转录起始位点，同时运用mRNA-seq和PEAT (Paired end analysis of transcription start site) 等方法确认了获得数据的可靠性；进一步深入探究不同表观遗传缺陷材料的转录起始位点情况，发现了多个潜在的转录起始位点，这些位点拥有类似于普通转录起始位点的功能结构中心，但是其功能往往被紧缩性染色质抑制，文章中称为EPICATs ( Epigenetically Induced Consensus tAg clusTers)。

通过研究转录起始位点在全基因组范围高分辨率的CAGE-seq数据，比较基因内部甲基化（gbM，gene body methylation）与转录起始的关系，发现与哺乳动物中研究不同的现象，拟南芥gbM缺陷并不能明显影响转录起始功能；进一步分析met1和ibm1突变体中EPICATs情况，发现不同甲基化功能缺陷的植株EPICATs被激活的情况存在差异，说明不同基因拥有不同的EPICATs, 作者猜测可能一部分为真正的转录起始位点，另一部分可能是转录后加工的mRNA；同时数据显示RNA聚合酶（RNAPII和 PoLIV）专一性绑定受RdDM调控的EPICATs位点。研究人员发现EPICATs位点主要坐落于基因间隔区且被抑制染色质修饰，猜测这些神秘的转录起始位点来源与动物相似，可能来源与转座子；对突变体分析发现，除了要存在中心启动子序列，受相应因子调控的染色质环境对于RNA聚合酶II招募和异位激活转座子转变为EPICATs位点都很重要。最后通过对不同突变体背景下相关位点的转录情况分析，揭示了转录起始位点的激活对于拟南芥的转录组功能水平非常重要。

Characterizing the TSSs identified in wild-type A. thaliana plant by CAGE-seq

综上所述，该研究利用CAGE-seq技术首次绘制植物上表观遗传机制缺陷突变体的转录起始位点蓝图，为植物领域研究转录起始调控提供了宝贵资源，对表观遗传参与转录起始的功能研究提供了重要参考。